AKTUELL FORSKNING
Små stjärnor som
faller
Foto: Torbjörn Lövgren
av Asta Pellinen-Wannberg
Meteoroider ger inte bara vackra stjärnfall. De innebär också risker för rymdfarare och ibland för jordens innevånare.
I
ngen blir oberörd av en tindrande stjärnklar himmel.
I dag vet man att stjärnorna, som syns som prickar på
himlavalvet, är solar på enorma avstånd. Av och till ser
det ut som någon av stjärnorna faller neråt som ”stjärnfall”. Till all lycka är dessa inte de riktiga stjärnorna,
utan små gruskorn som färdas i rymden, dras mot jorden
och tänds genom att de hettas upp av atmosfärens friktion
mot dem.
På fackspråk heter stjärnfallen ”meteorer”. Namnet hänvisar till en synlig händelse på 120 till 80 kilometers höjd.
Stjärnfallen orsakas av upp till centimeterstora korn, men
de flesta inkommande partiklarna är mindre. De korn som
färdas ute i rymden kallas för meteoroider. Vissa fångas
av jordens gravitation och styrs mot atmosfären. De flesta
förintas i meteorprocessen, men några är stora nog att
30 populär Astronomi Nr 2 2009
tränga igenom atmosfären och dimpa ner på jorden som
meteoriter.
Solsystemet och kometer
Varje dygn faller mellan 40 och 100 ton material från
rymden på jordytan. Det mesta kommer ner som stoft,
men någon gång per år kan man uppleva en eldkula.
Kärnan kan vara en fotbollsstor stenbumling följd av en
glödande svans. Ibland sprängs dessa på 10–30 kilometers
höjd. Det är ytterst sällsynt att man hittar en meteorit
efter nedslaget. I en studie från de brittiska öarna rapporterades 22 meteoriter som hade spårats till observerade
nedfall under 370 år.
B i l d: L i b r a r y o f C o n g r e s s / Wi k i p e d ia
Leoniderna över
amerikanska södern
i november 1833.
Prästen Joseph Harvey Waggon-ers beskrivning inspirerade
målaren Karl Jauslin
och graveraren Adolf
Vollmy som gjorde
denna bild.
B i l d : P. J e n n i s k e n s /SETI I n s t i t u t e
Planeterna i vårt solsystem är i två storlekar. Närmast
solen har vi fyra små klot (Merkurius, Venus, jorden
och Mars), och efter två enorma gasjättar (Saturnus och
Jupiter) följer två mindre gasjättar (Uranus och Neptunus).
Mellan de små och de stora planeterna finns asteroidbältet
med tusentals mindre kroppar. Alla dessa rör sig i ekliptikalplanet som sammanfaller med solens ekvatorsplan.
Kometer färdas i elliptiska banor som ofta löper i vinkel
mot ekliptikalplanet.
Kometernas kärnor innehåller både is och sten. I form
av en ”smutsig snöboll” rör sig kroppen den mesta tiden
långt borta från solen. När den sedan närmar sig solen med
ökande hastighet börjar den hettas upp av solstrålningen
och växelverkan med solvinden. Då formas en svans som
pekar bort från solen och innehåller stoftartad materia som
blir kvar i kometens bana. Stoftet från meteoroid­svärmar
bidrar efter lång tid och många krockar till det utspridda
stoftmoln som omger det centrala solsystemet.
Det tog lång tid för mänskligheten att hitta planeter utanför vårt eget solsystem. De första identifierades för drygt
tio år sedan genom observationer av stjärnans ojämna
gång, vilket man kunde räkna ut berodde på närvaro av
tunga osynliga kroppar i systemet. Sedan dess har man
identifierat hundratals exoplaneter, trots att stoftmoln runt
stjärnorna hindrar oss att se detaljer inne i andra solsystem. Även vårt eget stoftmoln är så tätt att man inte utifrån
kan ana de små planeternas existens.
Vi lever i ett perfekt solsystem och speciellt på jorden
har vi ett unikt paradis. Vi befinner oss i den beboeliga
zonen på ett lämpligt avstånd från en sol av lagom storlek.
En välsignelse för oss är de fyra gasjättarna och deras
enorma gravitation, som räddar oss från kroppar som ursprungligen kunnat vara på kurs mot jorden. Utan gasjättarna kunde jorden råka ut för ett förödande nedslag vart
100 000:e år i stället för vart hundramiljonte år med nästan
total utslagning av de levande arterna. Det mest kända är
utrotningen av dinosaurierna för ca 60 miljoner år sedan.
På 100 000 år hinner det inte utvecklas någon högre kultur,
men väl under 100 miljoner år.
1997 års leonider fångade från rymden av satelliten MSX. Bilden är
sammansatt av flera en-sekunders exponeringar.
Komet McNaught visar dramatiskt hur kometer sprider sitt
material. Om jorden skulle passera dess stoftmoln skulle
vi uppleva en hejdundrande meteorstorm. Det finns ett
sjuttiotal kända kometer vilkas banor korsar jordens. Det
kan kanske låta skrämmande, men sannolikheten för en
kollision är mycket låg. Varje år vid ungefär samma tid
och samma plats längs jordens bana möter jorden meteoroiderna från en komet med en meteorsvärm som resultat. De årligen säkraste och mest talrika är Perseiderna
i augusti och Geminiderna runt luciatiden i december.
Moderkometen för Perseiderna Swift–Tuttle besökte det
centrala solsystemet överraskande år 1992. Geminiderna
är en speciell meteorsvärm, då dess moderkropp är en
asteroid, 3200 Phaethon.
Moderkometen Tempel–Tuttle för Leoniderna har orsakat de mest spektakulära meteorstormarna 1799 och 1833.
Slipade meteoriter från Vatikanobservatoriets museums samling.
b i ld : Vati c a n o b s e r vat o r y m u s e u m / As ta P e lli n e n - Wa n n b e r g
Som en fullastad långtradare
Nr 2 2009 populär Astronomi 31
Kometen McNaught, här fotograferad från Chile, svängde förbi som hastigast under några dagar i början av 2007. Denna komet gav också ett
praktexempel på hur stoftet från en komet sprider sig sedan svansen har svept över ekliptikalplanet.
Bara dessa årtal ger oss ett tips om en ca 33 års period. Leoniderna har den högsta hastigheten av alla svärmar, ca 70 kilometer i sekunden mot jorden. Tempel–Tuttle gick genom
jordbanan senast i mars 1998. Man kan se några leonider
varje år, men extra många under åren nära perihelpassagen.
Medan meteorforskare och amatörastronomer förberedde sig för leonidobservationer redan flera år innan
Tempel–Tuttles återkomst, tycktes inte världens stora
rymdorganisationer känna någon oro. Den 16 november
1996, bara timmar före Leonidsvärmens topp, sköts den
ryska rymdsonden Mars-96 upp från Baikonur. Vad sonden råkade ut för är inte klarlagt, men den kom aldrig bort
från jordens närhet.
Först Leonidsvärmen 1998 väckte ESA och NASA.
Man insåg att den jordnära rymden skulle fyllas av farligt
snabbt grus i november då jorden skulle nå kometens
bana. ESA:s Olympussatellit hade förintats av en perseid
1993. En fyragramsleonid har samma rörelseenergi som
en fullastad 60 tons långtradare med hastigheten 65 km/h.
Mycket små meteoroider kan dessutom orsaka problem
genom att skapa jonisationsspår i elektronikkretsar och
tillfälliga kortslutningar. Även den här gången och åren
därpå hände inget, man slog av känsliga instrument under
den värsta svärmperioden för att undvika satellitanomalier.
Tillväxt, förfall och sedan Eiscat
Efter andra världskriget tyglades den nyutvecklade radar­
tekniken bl.a. för meteorstudier. Även rakettekniken hade
utvecklats för att skjuta upp satelliter och människor till
omloppsbana. Före satellitstudiernas tid visste man inte
så mycket om rymden. Men man visste en hel del om
32 populär Astronomi Nr 2 2009
meteorer och anade att det skulle finnas farliga höghastighetsmeteoroider, hur mycket av hotande storlek var dock
oklart. För att reda ut detta före bemannade rymdfärder
och rymdpromenader, utvecklades 1950–1960-talen till
meteorforskningens guldålder.
Noggranna mätningar från marken och satelliter samt
många bemannade rymdfärder, rymdpromenader och
lyckade besök på månen visade att sannolikheten för katastrofala och även bara smått störande träffar av metoroider
är mycket låg. 1970 lade NASA ner sina meteoroidstudier
och finansieringen sinade. Det slutliga dråpslaget kom 1977
från den brittiske samhällsvetaren Nigel Gilbert, som hade
valt meteorstudierna som exempel på levnadsloppet för
en vetenskapsgren i den amerikanska geofysiska unionens
tidskrift EOS. ”Growth and Decline of a Scientific Speciality:
The Case of Radar Meteor Science” beskrev vad som händer
med en vetenskapsgren när alla uppgifter är lösta och forskare flyttar över till andra forskningsområden.
Meteorstudierna kom aldrig mer att nå den status de
hade för 50 år sedan. Gilberts dråpslag fick de flesta att
frivilligt ge upp, hans artikel gav ett slagträ till anslagsgranskarna. Dock kan vi i dag konstatera att han hade fel
i många avseenden. Han förutsåg inte kopplingen till den
tekniska utveckling som placerade tusentals satelliter i omloppsbana och lämnade dem att vittra där. Han insåg inte
heller att kommunikationsbehoven med dessa satelliter
drev informationsteknikutvecklingen i enorma steg. Men
Gilbert lyckades tysta ner fältet i ca 20 år.
Jag snubblade över meteorerna av en slump i början av
1990-talet. Vår radar Eiscat (European Incoherent SCATter) har ungefär en miljon gånger större effekttäthet än en
vanlig meteorradar i radarvågfronten som möter meteorerna. Eiscat ägs gemensamt av fem europeiska länder
Att studsa radar mot meteorerna
Vår specialitet är meteorhuvudekon, som reflekteras från
meteoroidens komaliknande växelverkansprocess med den
täta atmosfären. En meteorradar mäter spårekon som uppstår i meteoroidens släptåg med en bred radarstråle. Eiscat:
s stråle är knappt en grad bred och mätvolymen bara några
tiotals kubikkilometer på meteorhöjder. De minsta meteoroider Eiscat registrerar är ungefär 0,1 mm i radie.
Eiscat är unik i världen med sin UHF-radar med tre
mottagarstationer på flera hundra kilometers avstånd.
Man kan observera samma meteorer från olika riktningar. Detta ger en möjlighet att studera radarvågornas
spridningsprocess från olika håll samt att noggrant bestämma från vilket håll de kommer, deras hastighet och
uppbromsning genom atmosfären. Då kan man härleda
varje partikels bana och ursprung i rymden. (En detaljerad beskrivning om dessa studier kommer inom en snar
framtid i Forskning & Framsteg.)
Flera forskare förutsåg höga leonidflöden över Europa
den 19 november 2002 under en timme runt klockan tre
på natten svensk tid. Detta stoft hade skjutits ur kometen
Tempel–Tuttle år 1767. Den natten var klar i Kiruna, runt
klockan tre syntes många snabba meteorer. En av dessa
fångades av två optiskt avbildande detektorer av ALIS (Auroral Large Imaging System). Speciellt för meteorstudier
hade man försett detektorerna med varsitt filter som skulle
släppa igenom ljus karakteristiskt för natrium med våglängden 589 nm och för kalcium vid 423 nm (se bilderna
på sidan 34). Natriumspåret till vänster skulle normalt vara
det starkare, men det bleknade totalt bredvid det andra
spåret som sträckte sig upp till 145 kilometers höjd. Det
visade sig att kalciumfiltret också täckte den synliga emissionlinjen 433 nm hos väte. Linjen kan aktiveras i högenergikollisioner motsvarande en leonids hastighet mot
atmosfärens partiklar. Om det finns väte i en meteoroid, så
är det bundet i en molekyl, mest sannolikt vatten.
Vår leonid var ung, 235 år tidigare hade den lämnat moderkometen bestående av sten och is. Den hade
kretsat drygt sju varv runt solen och ännu inte förlorat
all sin kometkaraktär. Slutsatsen var att vi hade observerat vatten i ett meteorspår från en leonid under unika
omständigheter.
Har vi skräpat ner igen?
Under rymdåldern har man skickat upp tusentals satelliter. Från början fungerade satelliterna några dagar, veckor,
månader, år. Som följd av detta finns det tusentals döda satelliter, som håller på att vittra ner till rymdskrot. Det finns
ett skrotfält på 500 till 1 000 kilometers höjd och ett annat
på 1 400 till 1 500 kilometers höjd. I dessa fält har resterna av
låghöjdsfarkoster, såsom spion-, forsknings- och jordresurssatelliter med några timmars omloppsbanor hamnat. Även
på den geostationära televisionssatellitbanan på 36 000 kilometers avstånd finns det satelliter som inte fungerar längre.
f o to : E i s cat /To n y van Ey k e n ; K a r ta : e f t e r E i s cat
F ot o: ESO /S e b as t ia n D e i r i e s
samt Japan och Kina. Det finns bara tio motsvarande
radarsystem i världen för studier av olika aspekter av den
jordnära rymden. Det väsentliga med dessa anläggningar
för meteorstudier är den höga effekten och stora aperturen. Därför har man även börjat kalla dem för HPLA-radar
(High Power Large Aperture). Meteorerna som tidigare
bara hade varit störningar hos dessa, blev plötsligt högintressanta studieobjekt. Den snabba tekniska utvecklingen
på databehandlingssidan bidrog, och samtidigt väntade
meteorforskarna på Leonidernas återkomst. Det himmelska skådespelet som avbildas i träsnittet från 1833 hägrade
inför millennieskiftet. Alla gamla instrument rustades upp,
nya byggdes och installerades och de flesta av världens
stora HPLA-radaranläggningar förberedde meteorobservationer, vissa för första gången.
Svalbard
Eiscats radarmottagare utanför Kiruna.
Eiscat UHF har sändare i Tromsø och mottagare i Kiruna och Sodankylä. Genom att studsa mot meteorer vid ca 100 kilometers höjd kan
man mäta hur de far och varifrån de kommer.
TromsØ
Norge
Kiruna
Sverige
Sodankylä
Finland
Nr 2 2009 populär Astronomi 33
B i l d e r : As ta P e lli n e n- Wa n n b e r g M . fl.
Aktuell forskning
Med is kvar från moderkometen: Två vyer av samma leonidmeteor. Bilderna togs samtidigt (siffrorna visar höjden ovan jord i kilometer). I
bilden till vänster lyser natriumatomer i gasen framför meteorkornet. I bilden till höger lyser istället väteatomer. Det starka skenet skvallrar
om att meteoren bär på vattenmolekyler. (Färgerna i bilderna är inte riktiga.)
I februari 2003 fick hela världen följa rymdfärjan
Columbias katastrofala resa tillbaka till jordens atmo­sfär.
En bit isoleringsskum hade lossnat vid uppskjutningen
och skadat ena vingen. Som följd av detta återupprättade
NASA Meteroid Environment Office 2004. Nu studerar
man effekterna av både meteoroider och rymdskrot under
gemensam benämning MMOD-miljön (Micro Meteoroid
and Orbital Debris). I jordens nära omgivning måste båda
komponenterna numera tas hänsyn till.
Rymdskrot är av intresse för olika rymdfarkoster i låg
bana, speciellt de bemannade, som rymdfärjan och den
internationella rymdstationen ISS. Man måste kunna minimera effekterna av träffar. De otaliga små träffarna fräter
på ytor, som måste planeras så tåliga som möjligt och vara
lätta att byta vid behov. Strömförsörjningen beror på solpanelernas skick. Känsliga enheter måste placeras i skydd
och möjligen måste banan ändras vid större hot.
Då mängden av icke-aktiva satelliter har tilltagit har man
ökat övervakningen av dem. Man spanar numera kontinuerligt på varje satellitbit större än ca 5 cm. Problemet är att
mängden ökar kontinuerligt.
Den 10 februari i år hände det som var så osannolikt
att det inte skulle hända. Den fungerande amerikanska
Iridium 33-satelliten krockade med den uttjänta ryska
Cosmos 2251-farkosten på 790 kilometers höjd över
Sibirien. Satelliterna bröts i hundratals små bitar som nu
34 populär Astronomi Nr 2 2009
fortsätter nära de ursprungliga banorna. Övervakningsystemen har fått nya objekt att följa.
Nya små stjärnor
Som följd av människans aktiviteter i rymden tindrar
och blinkar det allt oftare på himlavalvet. Satelliter som
färdas i lugnt tempo kan man se medan de reflekterar
solljus. Ibland kan man se ett snabbt starkt blänk från en
högreflekterande satellityta.
Ett sätt att bli av med uttjänta rymdfarkoster är att låta
dem brinna upp i atmosfären. Ibland annonseras sådant i
förväg, som när den ryska trotjänaren rymdstationen MIR i
mars 2001 förintades över Stilla havet. Tidvis påträffas satellitbitar på marken. Nerfallande rymdskrotbitar kan också
se ut som stjärnfall. Avfall från rymdstationen släpps ner i
små obemannade farkoster. Det är bara ytterst lite man inte
återanvänder ombord, så mycket alldagliga spår av liv kan
förmodligen identifieras i sådana stjärnfalls spektra.
De artificiella stjärnorna har inte än tagit över himlavalvet, men de är på god väg.
Asta Pellinen-Wannberg är professor i fysik vid Umeå universitet och Institutet för
rymdfysik i Kiruna. Hon intervjuas på sidan 26.
Sommarens och höstens kvällskurser i astronomi
Svarta hål och kosmiska explosioner, 7,5 hp
ny kurs Här får du lära dig om svarta hål och andra kompakta objekt som neutronstjärnor och vita
dvärgar. Hur bildas ett svart hål och hur ser rymden
ut i hålets närhet? Vad händer när neutronstjärnor
kolliderar? Vad är ett maskhål? Hur stora är de
supermassiva svarta hålen i aktiva galaxkärnor?
Kursstart: 26 augusti, 2009
Översiktskurs i astronomi, 7,5 hp
Modern astronomi, 7,5 hp
Modern kosmologi, 7,5 hp
För att läsa 7,5p-kurserna behövs
endast grundläggande behörighet
för universitet och högskolor. För
Modern Astronomi krävs dessutom
Matematik D och Fysik B, eller
motsvarande. Alla kurserna ges i
AlbaNova, Roslagstullsbacken 21.
Här behandlas planetsystemet, solen
och stjärnorna, gas och stoft i rymden,
samt galaxer och universum som helhet.
Tonvikten ligger på utvecklingsförlopp
och fysikaliska processer.
Kursstart: 25 augusti, 2009
Vad finns det för stöd för Big Bang-teorin och universums expansion? Kan vi
säga något om universums framtid? Vi
tittar också närmre på mörk materia och
sambandet mellan universums struktur
och partikelfysik.
Kursstart: 8 juni, 2009
För mer information se
www.astro.su.se eller kontakta vår
studentexpedition:
studentexp@astro.su.se
Tfn 08-5537 8505
Fax 08-5537 8510
Ger en bred översiktsbild av astronomins olika
delar samt vetenskapliga arbetssätt.
Nr 2 2009 populär Astronomi 35
